Bài giảng Địa chất công trình - Chương 2: Các hiện tượng địa chất ngoại sinh (Phần 1) - Trường Đại học Thủy Lợi

1 
Bài giảng môn học 
Địa chất công trình 
Chương 2 
CÁC HIỆN TƯỢNG 
ĐỊA CHẤT NGOẠI SINH 
Giảng viên: Dr.-Ing. Nguyễn Quang Tuấn 
Trường Đại học Thủy lợi 
Bộ môn Địa kỹ thuật 
Các hiện tượng: 
Phong hoá 
Trượt mái dốc 
 Karst (các tơ) 
Hoạt động địa chất của dòng nước tạm thời 
Hoạt động địa chất của sông 
Bài 1. PHONG HÓA 
Nội dung: 
1. Khái niệm phong hóa 
2. Các hình thức phong hoá đá 
3. Tầng tàn tích và các đặc trưng địa 
chất công trình của nó 
4. Các vấn đề cần điều tra và biện pháp 
xử lý tầng phong hóa trong xây dựng 
1. Phong hóa – Khái niệm 
Phong hóa là quá trình đất đá bị vỡ vụn và 
biến đổi thành phần khi do các tác nhân 
khác nhau (VD: sự dao động của nhiệt độ, hơi 
ẩm, nước và các chất hóa học trong nước, 
sinh vật) khi đất đá tiếp xúc với khí quyển, 
thủy quyển và giới sinh vật. 
Phong hóa xảy ra ở phần trên cùng của vỏ trái 
đất làm đất đá thay đổi thành phần, cấu trúc 
và trạng thái, thường làm suy giảm tính chất 
xây dựng của đất đá. 
2. Các hình thức phong hoá đá 
Theo các tác nhân gây phong hóa, 
có 3 hình thức phong hoá: 
a. Phong hoá vật lý 
b.Phong hoá hoá học 
c. Phong hoá sinh học 
a. Phong hóa vật lý 
Phong hóa vật lý là hình thức phá hủy đá dưới tác động 
vật lý, làm vỡ vụn đá mà không thay đổi thành phần. 
 Nguyên nhân: 
 Do sự dao động nhiệt độ trong đá (nguyên nhân chủ 
yếu), các khoáng vật giãn nở khác nhau, dẫn tới liên 
kết giữa các hạt khoáng vật bị phá hủy. 
 Do nước đóng băng trong các kẽ nứt, hay thành 
phần muối trong các đất đá kết tinh tạo ra áp lực lên 
vách khe nứt các khe nứt mở rộng và ăn sâu thêm. 
 Do dỡ tải (các tầng đá phía trên bị bóc bỏ) làm đá bị 
tróc vỡ do ứng suất được giải phóng. 
 Do đá bị tẩm ướt, khô đi nhiều lần làm đá bị nứt vỡ, 
tan rã. 
b. Phong hóa hoá học 
Phong hóa hóa học là hình thức phá hủy đá 
do tác dụng hóa học, làm biến đổi thành 
phần của đất đá 
• Tác nhân: Nước và các chất hóa học 
trong nước. 
• Các hình thức phản ứng hoá học làm 
biến đổi thành phần của đá: 
– Hoà tan, 
– oxy hoá, 
– thuỷ phân 
– thuỷ hoá 
Tác dụng hòa tan 
23223 )HCO(CaCOOHCaCO 
Nước có tính xâm thực: CO2, axit... hòa tan (rửa trôi) 
các khoáng vật dễ tan 
Ví dụ: 
Tác dụng ô xy hóa 
Phản ứng ô xy hóa làm thay đổi thành phần hóa học của 
nhiều loại khoáng vật tạo thành các ôxit 
Ví dụ: 
442222 FeSOSOHOnHnOFeS 
  O.nHOFeSOFeFeSO 2323424 
Limonit 
Pyrit 
24322
1
3
2 SiO3OFeOSiO3Fe 
Pyroxen magnetit Thạch anh 
Tác dụng thủy phân 
Khoáng vật (lớp silicat, alumosilicat) dưới tác dụng 
phân giải của nước  thành khoáng vật mới. 
Ví dụ:       3222104842283 COKOnHSiOOSiOHAlOnHCOOAlSiK 
cường độ thấp hơn, ổn định 
với phong hóa hơn 
Octocla 
(feldpar) 
Kaolinit Opan 
Tác dụng thủy hóa 
Khoáng vật hấp thụ nước  khoáng vật mới 
VD: O.2HCaSOO2HCaSO 2424 
Anhydrit 
 (thạch cao khan) 
thạch cao 
Đá granite 
tươi 
Mức độ Phân loại Đặc điểm Minh họa 
I Đá tươi Đá gốc không thay đổi, đá liên tục, 
chỉ có vi khe nứt 
II Phong hóa 
nhẹ 
Đá bị biến màu nhẹ, đá bị giảm 
cường độ nhẹ, đá liền khối, có thể 
có các vết nứt nhỏ 
III Phong hóa 
vừa 
Đá bị biến màu, giảm cường độ 
đáng kể, những mẩu đá lớn còn 
cứng, trong đá có các khe nứt và vi 
khe nứt 
IV Phong hóa 
mạnh 
Đá biến màu, 
Đá granite 
phong hóa nhẹ 
Đá granite 
phong hóa vừa 
Đá granite 
phong hóa 
mạnh 
Đá granite 
phong hóa 
hoàn toàn 
c. Phong hoá sinh vật 
• Do giới sinh vật như địa y, rêu, giun, 
kiến, chuột, vi khuẩn  gây phá huỷ đá, 
bản chất sinh vật làm phong hóa đá 2 
hình thức (phong hóa vật lý và phong hóa 
hóa học). 
• Ví dụ: Rễ cây phát triển gây phá huỷ cơ 
học đồng thời tiết ra các chất hữu cơ làm 
đá biến đổi hóa học. 
 Phong hóa vật lý làm vỡ vụn đá, tăng diện tiếp 
xúc của đá với các tác nhân của môi trường... 
...thúc đẩy phong hoá hoá học 
3. Tầng tàn tích và các đặc trưng địa chất 
công trình của nó 
• Tầng tàn tích là sản phẩm của quá trình 
phong hóa nằm tại chỗ trên mặt đá gốc. 
• Đặc điểm: mức độ phong hóa giảm theo 
chiều sâu, phân thành các đới có tính chất 
khác nhau. Càng xuống sâu thành phần, 
tính chất càng gần với đá gốc. Giữa các 
đới phong hóa không có bề mặt ranh giới 
rõ ràng, mặt cắt phong hóa có thể có 
nhiều dạng phức tạp . 
1. Đới thổ nhưỡng 
2. Đới vỡ mịn 
3. Đới vỡ nhỡ 
4. Đới dạng khối 
5. Đới nguyên thể 
Đá magma Đá trầm tích 
Các đới trong mặt cắt phong hoá đầy đủ 
Sinh viên tự đọc giáo trình về đặc điểm của từng đới 
Ví dụ: 
Đá vôi bị 
phong hóa 
hóa học ở 
các mức độ 
khác nhau, từ 
phong hóa rất 
yếu đến 
phong hóa rất 
mạnh 
Nguồn: https://en.wikipedia.org/wiki/Weathering#/media/File:Weathered_limestone_cores.jpg 
Ví dụ một mặt cắt phong hóa 
Phong hóa hoàn toàn 
Phong hóa mạnh đến 
phong hóa vừa 
Phong hóa vừa 
Phong hóa nhẹ đến đá 
tươi 
Các dạng mặt cắt phong hóa 
thường gặp 
4. Các vấn đề cần điều tra và biện pháp xử 
lý tầng phong hóa trong xây dựng 
Những vấn đề cần điều tra: 
• Mức độ phong hóa: dựa trên các đặc 
điểm tính chất của vật liệu phong hóa để 
chia ra các đới phong hóa, cần xác bề 
dày và tính chất xây dựng của các đới 
phong hóa. 
• Tốc độ phong hóa: cần đánh giá khả 
năng phong hóa nhanh hay chậm 
• Hình thức phong hóa, các tác nhân gây 
phong hóa 
Các biện pháp xử lý tầng phong hóa 
• Chọn địa điểm xây dựng hợp lý 
• Bóc bỏ toàn bộ hoặc một phần tầng phong 
hóa 
• Làm hệ thống thoát nước hạn chế xâm nhập 
của nước vào trong đá 
• Che phủ bảo vệ đá khỏi các tác nhân phong 
hóa 
• Cải tạo tầng phong hóa bằng các biện pháp 
như phun xi măng, phun dung dịch sét 
• Chọn giải pháp công trình hợp lý 
Câu hỏi ôn tập 
1. Thế nào là hiện tượng phong hóa? Các hình 
thức phong hóa đá? 
2. Tầng tàn tích? Các đặc điểm chung của tầng 
tàn tích? 
3. Sự phân chia các đới phong hóa? Vẽ hình 
minh họa mặt cắt các đới phong hóa 
4. Các vấn đề cần điều tra đối với hiện tượng 
phong hóa trong xây dựng công trình? 
5. Các biện pháp xử lý tầng phong hóa?